KR20190111772A - Electrolyte liquid for electrochemical device and electrochemical device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 전기 화학 디바이스용 전해액 및 전기 화학 디바이스에 관한 것이다.The present invention relates to an electrolytic solution for an electrochemical device and an electrochemical device.
비수 전해액을 사용한 전기 이중층 캐패시터나 리튬이온 캐패시터 등의 전기 화학 디바이스는, 용매의 전기 분해 전압이 높기 때문에 내전압을 높게 할 수 있어, 큰 에너지를 축적하는 것이 가능하다.Electrochemical devices such as an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor using a nonaqueous electrolyte have a high electrolysis voltage of a solvent, and thus can withstand high voltages and can accumulate large energy.
근년, 전기 화학 디바이스는, 고온 상태에서의 신뢰성의 확보가 요구되고 있다. 고온 신뢰성에 관해서는, 전해질인 PF6 - 등의 음이온이 분해해서 불화수소 등의 분해물이 발생하는, 전해액이 부극 근방에서 환원 분해해서 고저항의 피막을 형성하는 등에 의해, 셀의 여러 특성이 악화되었다고 생각되고 있다.In recent years, electrochemical devices are required to secure reliability in a high temperature state. Regarding high temperature reliability, various characteristics of the cell deteriorate due to the reduction of an electrolyte solution in which an anion such as PF 6 − , which is an electrolyte, decomposes such as hydrogen fluoride to form a high-resistance coating near the negative electrode. It is thought that.
상기 문제를 해결하기 위해서, 예를 들어 특허문헌 1은, 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4)와 리튬비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드(LiBETI)를 일정한 비율로 혼합한 전해액을 사용한 리튬이온 전지를 개시하고 있다. 특허문헌 2는, 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6)에, 고온 저장 특성을 향상시키기 위해서 일부 LiBF4를 첨가한 전해액을 사용한 리튬이온 전지를 개시하고 있다. 특허문헌 3은, 탄산에틸렌과 탄산에틸메틸의 혼합 용매를 사용한 전해액에 메틸렌비스술포네이트 유도체를 첨가함으로써, 리튬이온 전지의 사이클 특성이나 단기간의 고온 유지 시험 후의 특성을 개선할 수 있는 전해액을 제안하고 있다.In order to solve the above problem, for example,
특허문헌 1과 같이 LiBF4와 LiBETI를 일정한 비율로 혼합한 전해액을 사용하면, 전해질의 높은 내열성과 LiBETI의 높은 전기 전도도로부터, LiPF6을 전해질로 한 전해액과 비교해서 고온에서의 전해액의 안정성은 향상되지만, LiBETI는 정극 전위가 4V(vs Li/Li+) 부근에서 집전박(알루미늄)을 부식시키기 때문에, 장기 신뢰성에 과제가 있다.When using an electrolyte solution in which LiBF 4 and LiBETI are mixed at a constant ratio as in
특허문헌 2에서는, LiPF6에 일부 LiBF4를 혼합한 전해액을 사용해서 고온 저장 후의 전지의 열화를 억제하는 것이 개시되어 있지만, 고온(60℃)에서는 LiPF6이 그다지 열 분해되지 않기 때문에 효과가 있어도, 85℃의 환경에서는 LiPF6의 열분해를 무시할 수 없게 되어, 전지의 신뢰성의 향상은 예측할 수 없다.In
특허문헌 3에서는, 장기간에 걸쳐 고온 유지하면, 부극 표면의 피막이 더 형성되는 점, 전해액의 분해 등이 일어나는 점 등의 문제가 발생할 수 있다.In patent document 3, when high temperature is maintained over a long period of time, problems such as the fact that a film on the surface of the negative electrode is further formed, a point that decomposition of the electrolyte solution, and the like may occur.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 전기 화학 디바이스의 고온 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전기 화학 디바이스용 전해액, 및 그것을 구비한 전기 화학 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.This invention is made | formed in view of the said subject, and an object of this invention is to provide the electrolyte solution for electrochemical devices which can improve the high temperature reliability of an electrochemical device, and the electrochemical device provided with it.
본 발명에 따른 전기 화학 디바이스용 전해액은, 환상 카르보네이트의 용매에 0.8mol/L 이상 1.6mol/L 이하의 LiPF6이 전해질로서 포함되는 전해액과, 상기 전해액에 대한 첨가량이 0.1wt% 이상 10.0wt% 미만의 쇄상 카르보네이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.The electrolytic solution for an electrochemical device according to the present invention is an electrolytic solution containing LiPF 6 of 0.8 mol / L or more and 1.6 mol / L or less as an electrolyte in a solvent of a cyclic carbonate, and an addition amount of 0.1 wt% or more and 10.0 to the electrolyte solution. and less than wt% chain carbonate.
상기 전기 화학 디바이스용 전해액에 있어서, 상기 전해액에 대한 첨가량이 0.1wt% 이상 5.0wt% 이하의 첨가제로서, 탄산에스테르, 술폰산에스테르, 및 리튬의 옥살레이토 착체염 중 적어도 어느 하나를 더 포함하고 있어도 된다.In the electrolytic solution for electrochemical devices, at least one of carbonate ester, sulfonic acid ester, and lithium oxalato complex salt may further be included as an additive having an amount of 0.1 wt% or more and 5.0 wt% or less added to the electrolytic solution. .
상기 전기 화학 디바이스용 전해액에 있어서, 상기 탄산에스테르는, 비닐렌카르보네이트 및 플루오로에틸렌카르보네이트 중 적어도 어느 하나로 해도 된다.In the electrolytic solution for electrochemical devices, the carbonate ester may be at least one of vinylene carbonate and fluoroethylene carbonate.
상기 전기 화학 디바이스용 전해액에 있어서, 상기 술폰산에스테르는, 비스(에탄 술폰산)메틸렌으로 해도 된다.In the electrolyte solution for electrochemical devices, the sulfonic acid ester may be bis (ethane sulfonic acid) methylene.
상기 전기 화학 디바이스용 전해액에 있어서, 상기 옥살레이토 착체염은, 비스(옥살레이토) 붕산리튬, 디플루오로비스(옥살레이토) 인산리튬, 및 테트라플루오로옥살레이토 인산리튬 중 적어도 어느 하나로 해도 된다.In the electrolytic solution for an electrochemical device, the oxalato complex salt may be at least one of lithium bis (oxalato) borate, difluorobis (oxalato) lithium phosphate, and tetrafluorooxalato lithium phosphate.
상기 전기 화학 디바이스용 전해액에 있어서, 상기 쇄상 카르보네이트는, 디메틸카르보네이트, 에틸메틸카르보네이트, 및 디에틸카르보네이트 중 적어도 어느 하나로 해도 된다.In the electrolytic solution for electrochemical devices, the chain carbonate may be at least one of dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate.
본 발명에 따른 전기 화학 디바이스는, 정극 및 부극이 세퍼레이터를 통해 적층된 축전 소자를 구비하고, 상기 정극의 활물질 및 상기 부극의 활물질, 또는 상기 세퍼레이터에, 상기 어느 하나에 기재된 전기 화학 디바이스용 전해액이 함침되어 있는 것을 특징으로 한다.The electrochemical device which concerns on this invention is equipped with the electrical storage element by which the positive electrode and the negative electrode were laminated | stacked through the separator, The active material of the said positive electrode, the active material of the said negative electrode, or the said separator, The electrolyte solution for electrochemical devices in any one of said It is characterized by being impregnated.
본 발명에 따르면, 전기 화학 디바이스의 고온 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전기 화학 디바이스용 전해액, 및 그것을 구비한 전기 화학 디바이스를 제공할 수 있다.According to this invention, the electrolytic solution for electrochemical devices which can improve the high temperature reliability of an electrochemical device, and the electrochemical device provided with the same can be provided.
도 1은, 리튬이온 캐패시터의 분해도이다.
도 2는, 정극, 부극 및 세퍼레이터의 적층 방향의 단면도이다.
도 3은, 리튬이온 캐패시터의 분해도이다.
도 4는, 리튬이온 캐패시터의 외관도이다.
도 5는, 시험 결과를 나타내는 도면이다.1 is an exploded view of a lithium ion capacitor.
2 is a cross-sectional view of the stacking direction of the positive electrode, the negative electrode, and the separator.
3 is an exploded view of a lithium ion capacitor.
4 is an external view of a lithium ion capacitor.
5 is a diagram illustrating test results.
이하, 도면을 참조하면서, 실시 형태에 대하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment is described, referring drawings.
(실시 형태)(Embodiment)
우선, 전기 화학 디바이스의 일례로서, 리튬이온 캐패시터에 대하여 설명한다. 도 1은, 리튬이온 캐패시터(100)의 분해도이다. 도 1에서 예시한 바와 같이, 리튬이온 캐패시터(100)는, 정극(10) 및 부극(20)이 세퍼레이터(30)를 통해 권회된 구조를 갖는 축전 소자(50)를 구비한다. 축전 소자(50)는, 대략 원기둥 형상을 갖고 있다. 정극(10)에는, 인출 단자(41)가 접속되어 있다. 인출 단자(42)는, 부극(20)에 접속되어 있다.First, a lithium ion capacitor will be described as an example of an electrochemical device. 1 is an exploded view of a
도 2는, 정극(10), 부극(20) 및 세퍼레이터(30)의 적층 방향의 단면도이다. 도 2에서 예시한 바와 같이, 정극(10)은, 정극 집전체(11)의 한 면에 정극 전극층(12)이 적층된 구조를 갖고 있다. 정극(10)의 정극 전극층(12) 위에 세퍼레이터(30)가 적층되어 있다. 세퍼레이터(30) 위에 부극(20)이 적층되어 있다. 부극(20)은, 부극 집전체(21)의 정극(10)측의 면에 부극 전극층(22)이 적층된 구조를 갖고 있다. 부극(20)의 부극 집전체(21) 위에 세퍼레이터(30)가 적층되어 있다. 축전 소자(50)에 있어서는, 이들의 정극(10), 세퍼레이터(30), 부극(20) 및 세퍼레이터(30)의 적층 단위가 권회되어 있다. 또한, 정극 전극층(12)은, 정극 집전체(11)의 양면에 마련되어 있어도 된다. 부극 전극층(22)은, 부극 집전체(21)의 양면에 마련되어 있어도 된다.2 is a cross-sectional view of the stacking direction of the
도 3에서 예시한 바와 같이, 축전 소자(50)와 대략 동일한 직경을 갖는 대략 원기둥 형상의 밀봉 고무(60)의 2개의 관통 구멍에 인출 단자(41) 및 인출 단자(42)가 각각 삽입되어 있다. 또한, 축전 소자(50)는, 바닥이 있는 대략 원통 형상의 용기(70) 내에 수용되어 있다. 도 4에서 예시한 바와 같이, 밀봉 고무(60)가 용기(70)의 개구 주변에서 코오킹되어 있다. 그것에 의해, 축전 소자(50)의 밀봉성이 유지되어 있다. 비수 전해액은, 용기(70) 내에 봉입되고, 정극(10)의 활물질 및 부극(20)의 활물질, 또는 세퍼레이터(30)에 함침되어 있다.As illustrated in FIG. 3, the lead-out
(정극)(Positive electrode)
정극 집전체(11)는 금속박이며, 예를 들어 알루미늄박 등이다. 이 알루미늄박은, 구멍이 뚫린 박이어도 된다. 정극 전극층(12)은, 전기 이중층 캐패시터나 레독스 캐패시터의 전극층에 사용되는 공지된 재질 및 구조를 갖고 있으면 되며, 예를 들어 폴리아센(PAS), 폴리아닐린(PAN), 활성탄, 카본 블랙, 그래파이트, 카본 나노 튜브 등의 활물질을 함유하고, 전기 이중층 캐패시터 등의 전극층에 사용되는 도전 보조제나 바인더 등의 다른 성분도 필요에 따라서 함유하고 있다.The positive electrode
(부극)(Negative)
부극 집전체(21)는 금속박이며, 예를 들어 구리박 등이다. 이 구리박은, 구멍이 뚫린 박이어도 된다. 부극 전극층(22)은, 예를 들어 난흑연화 탄소, 그래파이트, 주석 산화물, 규소 산화물 등의 활물질을 함유하고, 카본 블랙이나 금속 분말 등의 도전 보조제나, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이나 폴리불화비닐리덴(PVDF)이나 스티렌부타디엔 고무(SBR) 등의 바인더도 필요에 따라서 함유하고 있다.The negative electrode
(세퍼레이터)(Separator)
세퍼레이터(30)는, 예를 들어 정극(10)과 부극(20)의 사이에 마련됨으로써, 이들 양쪽 전극의 접촉에 수반되는 단락을 방지한다. 세퍼레이터(30)는, 공공 내에 비수 전해액을 유지함으로써, 전극 간의 도전 경로를 형성한다. 세퍼레이터(30)의 재질로서는, 예를 들어 다공성의 셀룰로오스, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 불소계 수지 등을 사용할 수 있다.The
또한, 축전 소자(50)와 비수 전해액을 용기(70) 내에 봉입할 때, 리튬 금속 시트를 부극(20)과 전기적으로 접속한다. 이에 의해, 리튬 금속 시트의 리튬이 비수 전해액 내에 용해됨과 함께, 리튬이온이 부극(20)의 부극 전극층(22)에 프리 도프된다. 이에 의해, 충전 전의 상태에서 부극(20)의 전위가 정극(10)의 전위에 비하여 예를 들어 3V 정도 낮아진다.In addition, when encapsulating the
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 리튬이온 캐패시터(100)는, 권회 구조의 축전 소자(50)가 원통형의 용기(70)에 봉입된 구조를 갖고 있지만, 그것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 축전 소자(50)는, 적층 구조를 갖고 있어도 된다. 또한, 이 경우의 용기(70)는, 직사각형의 캔 등이어도 된다.In addition, in this embodiment, although the
(비수 전해액)(Non-aqueous electrolyte)
비수 전해액은, 비수 용매에 전해질을 용해시키고, 추가로 첨가제를 첨가해서 제작할 수 있다. 우선, 비수 용매로서, 환상 카르보네이트를 사용한다. 환상 카르보네이트는, 환상 탄산에스테르인 탄산프로필렌(PC), 탄산에틸렌(EC) 등이다. 환상 탄산에스테르는, 높은 유전율을 갖고 있기 때문에, 리튬염을 잘 녹이는 성질을 갖고 있다. 또한, 환상 탄산에스테르를 비수 용매에 사용한 비수 전해액은, 높은 이온 전도도를 갖고 있다. 따라서, 환상 카르보네이트를 비수 용매로서 사용하면, 리튬이온 캐패시터(100)의 초기 특성이 양호해진다. 또한, 환상 카르보네이트를 비수 용매로서 사용한 경우, 부극(20) 위에 피막이 형성된 후에는 리튬이온 캐패시터(100)의 동작 시의 충분한 전기 화학적 안정성이 실현된다.The nonaqueous electrolyte solution can be prepared by dissolving an electrolyte in a nonaqueous solvent and further adding an additive. First, cyclic carbonate is used as the nonaqueous solvent. Cyclic carbonate is propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), etc. which are cyclic carbonate. Since cyclic carbonate has high dielectric constant, it has the property which melt | dissolves lithium salt well. Moreover, the nonaqueous electrolyte which used cyclic carbonate for a nonaqueous solvent has high ionic conductivity. Therefore, when cyclic carbonate is used as the nonaqueous solvent, the initial characteristics of the
전해질에는, 리튬염인 LiPF6을 사용한다. LiPF6은, 범용적인 리튬염 중에서도 높은 해리도를 갖고 있기 때문에, 리튬이온 캐패시터(100)의 양호한 초기 특성(용량 및 DCR)을 실현한다. 비수 전해액에서의 전해질의 농도(전해액 농도)가 너무 높으면, 전해액의 점도가 상승하기 때문에, 필요한 양의 이온이 전극에 공급될 때까지 시간이 걸리기 때문에, 초기 내부 저항이 상승할 우려가 있다. 한편, 전해액 농도가 너무 낮으면, 필요한 양의 이온이 전극에 공급되지 않게 되거나, 혹은 공급될 때까지 시간이 걸리기 때문에, 초기 용량이 저하되어 초기 내부 저항이 상승할 우려가 있다. 그래서, 전해액 농도에, 상한 및 하한을 설정한다. 본 실시 형태에 있어서는, 전해액 농도를 0.8mol/L 이상 1.6mol/L 이하로 한다. 전해액 농도는, 1.0mol/L 이상 1.4mol/L 이하인 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 전해질에 LiBFTI를 사용하지 않기 때문에, 정극(10)의 부식이 억제된다.LiPF 6 which is a lithium salt is used for the electrolyte. Since LiPF 6 has a high dissociation degree among general-purpose lithium salts, LiPF 6 realizes good initial characteristics (capacity and DCR) of the
(제1 첨가제)(First additive)
비수 전해액에 첨가하는 제1 첨가제로서, 쇄상 카르보네이트를 사용한다. 쇄상 카르보네이트를 사용하는 것은, 리튬이온 캐패시터(100)가 고온에 노출된 경우의 용량 유지율을 높게 하여, 내부 저항 변화를 작게 하기 위함이다. 이것은, 쇄상 카르보네이트를 전해액에 소량 첨가함으로써 전해액의 점도가 저하되고, 그 결과, 피막 형성재가 부극(20)에 의해 균일하게 작용하여, 더욱 얇고 균질하며 견고한 피막이 형성되기 때문이라고 생각된다. 쇄상 카르보네이트로서, 디메틸카르보네이트(DMC), 에틸메틸카르보네이트(EMC), 디에틸카르보네이트(DEC) 등을 사용할 수 있다. 이들을 조합하여 제1 첨가제로서 사용해도 된다. 비수 전해액에서의 제1 첨가제의 농도가 너무 낮으면, 제1 첨가제의 효과를 충분히 얻는 것이 곤란해진다. 그래서, 비수 전해액에서의 제1 첨가제의 농도에 하한을 설정한다. 한편, 비수 전해액에서의 제1 첨가제의 농도가 너무 높으면, 전해액 중의 LiPF6의 해리가 방해를 받아, 고온에서 LiPF6의 열분해가 촉진될 우려가 있다. 그래서, 비수 전해액에서의 제1 첨가제의 농도에 상한을 설정한다. 본 실시 형태에 있어서는, 비수 전해액에서의 제1 첨가제의 농도는, 0.1wt% 이상 10.0wt% 미만으로 한다. 또한, 비수 전해액에서의 제1 첨가제의 농도는, 9.0wt% 이하인 것이 바람직하고, 5.0wt% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 비수 전해액에서의 제1 첨가제의 농도는, 0.5wt% 이상인 것이 바람직하고, 1.0wt% 이상인 것이 보다 바람직하다.Chain carbonate is used as a 1st additive added to a nonaqueous electrolyte solution. The use of the chain carbonate is to increase the capacity retention rate when the
(제2 첨가제)(Second additive)
리튬이온 캐패시터(100)가 고온에 노출된 경우의 내부 저항 변화를 더욱 작게 하기 위해서, 제1 첨가제 외에, 탄산에스테르, 술폰산에스테르, 및 리튬의 옥살레이토 착체염 중 적어도 어느 하나를 제2 첨가제로서 더 첨가해도 된다. 이 제2 첨가제는, 비수 전해액의 비수 용매보다도 환원 전위가 높고, 부극(20)에 작용해서 안정한 피막을 형성한다. 탄산에스테르로서, 비닐렌카르보네이트(VC), 플루오로에틸렌카르보네이트(FEC) 등을 사용할 수 있다. 술폰산에스테르로서, 비스(에탄술폰산)메틸렌(MBES) 등을 사용할 수 있다. 리튬의 옥살레이토 착체염으로서, 비스(옥살레이토)붕산리튬(LiB(C2O4)2), 디플루오로비스(옥살레이토)인산리튬(LiPF2(C2O4)2), 테트라플루오로옥살레이토인산리튬(LiPF4(C2O4)) 등을 사용할 수 있다. 제2 첨가제의 효과를 충분히 얻기 위해서, 제2 첨가제 농도에 하한을 설정하는 것이 바람직하다. 한편, 비수 전해액에서의 제2 첨가제 농도가 너무 높으면, 부극(20) 위에 두꺼운 피막이 형성되기 때문에 초기의 내부 저항이 높아지고, 또한 내부 저항 변화도 커질 우려가 있다. 그래서, 비수 전해액에서의 제2 첨가제 농도에 상한을 설정하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 있어서는, 비수 전해액에서의 제2 첨가제 농도는, 0.1wt% 이상인 것이 바람직하고, 0.2wt% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.5wt% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 비수 전해액에서의 제2 첨가제 농도는, 5.0wt% 이하인 것이 바람직하고, 3.0wt% 이하인 것이 보다 바람직하며, 1.0wt% 이하인 것이 더욱 바람직하다.In addition to the first additive, at least one of carbonate ester, sulfonic acid ester, and oxalato complex salt of lithium is further added as the second additive in order to further reduce the change in internal resistance when the
본 실시 형태에 있어서는, 환상 카르보네이트를 비수 용매로 하고, 0.8mol/L 이상 1.6mol/L 이하의 LiPF6을 전해질로 하는 비수 전해액에 있어서, 비수 전해액에 대한 첨가량이 0.1wt% 이상 10.0wt% 미만의 쇄상 카르보네이트를 포함하기 때문에, 리튬이온 캐패시터(100)를 고온에 노출한 경우라도, 양호한 용량 유지율이 얻어짐과 함께, 내부 저항 변화를 충분히 저감할 수 있다. 따라서, 고온 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In this embodiment, in the nonaqueous electrolyte which uses cyclic carbonate as a nonaqueous solvent and uses LiPF 6 of 0.8 mol / L or more and 1.6 mol / L or less as electrolyte, the addition amount with respect to a nonaqueous electrolyte is 0.1 wt% or more and 10.0 wt. Since it contains less than% chain carbonate, even when the
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 전기 화학 디바이스로서 리튬이온 캐패시터의 전해액에 착안하였지만, 그것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 실시 형태에 따른 비수 전해액을, 전기 이중층 캐패시터 등의 다른 전기 화학 디바이스를 전해액으로서 사용할 수도 있다.In addition, in this embodiment, although focusing on the electrolyte solution of a lithium ion capacitor as an electrochemical device, it is not limited to that. For example, other electrochemical devices, such as an electric double layer capacitor, can also be used for the nonaqueous electrolyte solution which concerns on this embodiment as electrolyte solution.
[실시예]EXAMPLE
상기 실시 형태에 따라서, 리튬이온 캐패시터를 제작하고, 특성에 대하여 조사하였다.According to the said embodiment, the lithium ion capacitor was produced and the characteristic was investigated.
(실시예 1)(Example 1)
정극(10)의 활물질로서, PAS를 사용하였다. 카르복시메틸셀룰로오스 및 스티렌부타디엔 고무를 바인더로서 슬러리를 조제하고, 조제된 슬러리를 구멍이 뚫린 가공이 실시된 알루미늄박 위에 도포하여 시트 형상으로 제작하였다. 부극(20)의 활물질로서, 페놀 수지 원료로 이루어지는 난흑연화 탄소를 사용하였다. 카르복시메틸셀룰로오스 및 스티렌부타디엔 고무를 바인더로서 슬러리를 조제하고, 조제된 슬러리를 구멍이 뚫린 가공이 실시된 구리박 위에 도포하여 시트 형상으로 제작하였다. 이들의 전극 간에 셀룰로오스계의 세퍼레이터(30)를 끼워, 초음파 용접에 의해 인출 단자(41)를 정극 집전체(11)에 부착하고, 인출 단자(42)를 부극 집전체(21)에 부착하고 나서 이들을 권회하고, 폴리이미드의 점착 테이프로 축전 소자(50)를 고정하였다. 제작한 축전 소자(50)에 밀봉 고무(60)를 부착해서 약 180℃에서 진공 건조한 후, 부극(20)에 리튬박을 붙이고, 축전 소자(50)를 용기(70)에 넣었다. 그 후, PC(100vol%)에 LiPF6을 용해한 용액(1.10mol/L)에 대해서, 제1 첨가제로서 EMC를 3.0wt% 첨가하고, 제2 첨가제로서 VC를 0.1wt% 더 첨가하고, 얻어진 비수 전해액을 용기(70)에 주입한 후, 밀봉 고무(60)의 부분을 코오킹함으로써, 리튬이온 캐패시터(100)를 제작하였다.PAS was used as an active material of the
(실시예 2)(Example 2)
실시예 2에서는, VC의 첨가량을 0.5wt%로 하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 1과 마찬가지로 하였다.In Example 2, the amount of VC added was 0.5 wt%. Other conditions were the same as in Example 1.
(실시예 3)(Example 3)
실시예 3에서는, VC의 첨가량을 1.0wt%로 하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 1과 마찬가지로 하였다.In Example 3, the amount of VC added was 1.0 wt%. Other conditions were the same as in Example 1.
(실시예 4)(Example 4)
실시예 4에서는, EMC의 첨가량을 0.1wt%로 하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다.In Example 4, the amount of EMC added was 0.1 wt%. Other conditions were the same as in Example 3.
(실시예 5)(Example 5)
실시예 5에서는, EMC의 첨가량을 1.0wt%로 하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다.In Example 5, the amount of EMC added was 1.0 wt%. Other conditions were the same as in Example 3.
(실시예 6)(Example 6)
실시예 6에서는, EMC의 첨가량을 5.0wt%로 하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다.In Example 6, the amount of EMC added was 5.0 wt%. Other conditions were the same as in Example 3.
(실시예 7)(Example 7)
실시예 7에서는, EMC의 첨가량을 9.0wt%로 하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다. In Example 7, the amount of EMC added was 9.0 wt%. Other conditions were the same as in Example 3.
(실시예 8)(Example 8)
실시예 8에서는, EMC 대신에 DMC를 3.0wt% 첨가하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다.In Example 8, 3.0 wt% of DMC was added instead of EMC. Other conditions were the same as in Example 3.
(실시예 9)(Example 9)
실시예 9에서는, EMC 대신에 DEC를 3.0wt% 첨가하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다.In Example 9, 3.0 wt% of DEC was added instead of EMC. Other conditions were the same as in Example 3.
(실시예 10)(Example 10)
실시예 10에서는, 비수 용매로서 PC(80vol%) 및 EC(20vol%)를 사용하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다.In Example 10, PC (80 vol%) and EC (20 vol%) were used as the nonaqueous solvent. Other conditions were the same as in Example 3.
(실시예 11)(Example 11)
실시예 11에서는, VC 대신에 FEC를 1.0wt% 첨가하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다.In Example 11, 1.0 wt% of FEC was added instead of VC. Other conditions were the same as in Example 3.
(실시예 12)(Example 12)
실시예 12에서는, VC 대신에 FEC를 3.0wt% 첨가하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다.In Example 12, 3.0 wt% of FEC was added instead of VC. Other conditions were the same as in Example 3.
(실시예 13)(Example 13)
실시예 13에서는, VC 대신에 FEC를 5.0wt% 첨가하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다.In Example 13, 5.0 wt% of FEC was added instead of VC. Other conditions were the same as in Example 3.
(실시예 14)(Example 14)
실시예 14에서는, VC 대신에 MBES를 1.0wt% 첨가하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다.In Example 14, 1.0 wt% of MBES was added instead of VC. Other conditions were the same as in Example 3.
(실시예 15)(Example 15)
실시예 15에서는, VC 대신에 LiB(C2O4)2를 1.0wt% 첨가하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다.In Example 15, 1.0 wt% of LiB (C 2 O 4 ) 2 was added instead of VC. Other conditions were the same as in Example 3.
(실시예 16)(Example 16)
실시예 16에서는, VC 대신 LiPF2(C2O4)2를 1.0wt% 첨가하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다.In Example 16, 1.0 wt% of LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 was added instead of VC. Other conditions were the same as in Example 3.
(실시예 17)(Example 17)
실시예 17에서는, VC 대신에 LiPF4(C2O4)를 1.0wt% 첨가하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다.In Example 17, 1.0 wt% of LiPF 4 (C 2 O 4 ) was added instead of VC. Other conditions were the same as in Example 3.
(실시예 18)(Example 18)
실시예 18에서는, EMC 대신에 DMC를 3.0wt% 첨가하고, 제2 첨가제를 첨가하지 않았다. 그 밖의 조건은, 실시예 1과 마찬가지로 하였다.In Example 18, 3.0 wt% of DMC was added instead of EMC and no second additive was added. Other conditions were the same as in Example 1.
(실시예 19)(Example 19)
실시예 19에서는, 제2 첨가제를 첨가하지 않았다. 그 밖의 조건은, 실시예 1과 마찬가지로 하였다.In Example 19, no second additive was added. Other conditions were the same as in Example 1.
(실시예 20)(Example 20)
실시예 20에서는, EMC 대신에 DEC를 3.0wt% 첨가하고, 제2 첨가제를 첨가하지 않았다. 그 밖의 조건은, 실시예 1과 마찬가지로 하였다.In Example 20, 3.0 wt% of DEC was added instead of EMC and no second additive was added. Other conditions were the same as in Example 1.
(비교예1)(Comparative Example 1)
비교예 1에서는, 제1 첨가제도 제2 첨가제도 첨가하지 않았다. 그 밖의 조건은, 실시예 1과 마찬가지로 하였다.In Comparative Example 1, neither the first additive nor the second additive was added. Other conditions were the same as in Example 1.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
비교예 2에서는, 제1 첨가제를 첨가하지 않았다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다.In Comparative Example 2, the first additive was not added. Other conditions were the same as in Example 3.
(비교예 3)(Comparative Example 3)
비교예 3에서는, 제1 첨가제를 첨가하지 않았다. 그 밖의 조건은, 실시예 11과 마찬가지로 하였다.In Comparative Example 3, the first additive was not added. Other conditions were the same as in Example 11.
(비교예 4)(Comparative Example 4)
비교예 4에서는, 제1 첨가제를 첨가하지 않았다. 그 밖의 조건은, 실시예 14와 마찬가지로 하였다.In Comparative Example 4, the first additive was not added. Other conditions were the same as in Example 14.
(비교예 5)(Comparative Example 5)
비교예 5에서는, EMC의 첨가량을 18.0wt%로 하였다. 그 밖의 조건은, 실시예 3과 마찬가지로 하였다.In Comparative Example 5, the amount of EMC added was 18.0 wt%. Other conditions were the same as in Example 3.
(평가 방법)(Assessment Methods)
실시예 1 내지 20 및 비교예 1 내지 5의 리튬이온 캐패시터를 제작 후, 초기 특성으로서, 실온에서의 정전 용량 및 내부 저항을 측정하였다. 그 후, 85℃의 항온조 중에서 3.8V의 전압에서 1000시간 연속 충전하는 플로트 시험을 행하였다. 플로트 시험 후, 셀을 실온까지 방랭하고, 정전 용량 및 내부 저항을 측정하여, 시험 전후의 변화율을 산출하였다. 이 결과(용량 유지율 및 내부 저항 변화율)를 도 5에 나타낸다.After fabricating the lithium ion capacitors of Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 5, the capacitance and internal resistance at room temperature were measured as initial characteristics. Then, the float test which continuously charges for 1000 hours at the voltage of 3.8V in 85 degreeC thermostat was performed. After the float test, the cells were allowed to cool to room temperature, the capacitance and the internal resistance were measured, and the rate of change before and after the test was calculated. This result (capacity retention rate and internal resistance change rate) is shown in FIG.
(초기 특성)(Initial characteristics)
실시예 1 내지 20 및 비교예 1 내지 5에 있어서, 초기 특성에서의 정전 용량 및 내부 저항은, 양호한 값을 나타내었다. 이것은, 환상 카르보네이트를 비수 용매로 하고, LiPF6의 농도를 0.8mol/L 이상 1.6mol/L 이하로 하였기 때문이라고 생각된다. 또한, 실시예 4 내지 7의 결과에서 보면, 제1 첨가제의 첨가량이 많아질수록, 초기의 내부 저항이 낮아지는 것이 확인되었다.In Examples 1-20 and Comparative Examples 1-5, the capacitance and internal resistance in initial stage showed the favorable value. This is considered to be because cyclic carbonate was used as a non-aqueous solvent, and the concentration of LiPF 6 was 0.8 mol / L or more and 1.6 mol / L or less. In addition, from the results of Examples 4 to 7, it was confirmed that the initial internal resistance was lowered as the amount of the first additive added increased.
(고온 신뢰성)(High temperature reliability)
비교예 1에서는, 용량 유지율이 낮아지고, 내부 저항 변화율이 커졌다. 이것은, 실시예 1과 비교예 1의 비교 결과로부터, 비수 전해액에 제1 첨가제도 제2 첨가제도 첨가하지 않았기 때문이라고 생각된다. 이어서, 비교예 2에서는, 비교예 1과의 비교에 있어서 용량 유지율의 저하 및 내부 저항 변화율의 증가는 억제되었지만, 내부 저항 변화율은 200% 이상이며 충분히 작아지지 않았다. 이것은, 실시예 3과 비교예 2의 비교 결과로부터, 비수 전해액에 제1 첨가제를 첨가하지 않았기 때문이라고 생각된다. 이어서, 비교예 3에서는, 비교예 1과의 비교에 있어서 용량 유지율의 저하 및 내부 저항 변화율의 증가는 억제되었지만, 내부 저항 변화율은 200% 이상이며 충분히 작아지지 않았다. 이것은, 실시예 11과 비교예 3과의 비교 결과로부터, 비수 전해액에 제1 첨가제를 첨가하지 않았기 때문이라고 생각된다. 이어서, 비교예 4에서는, 비교예 1과의 비교에 있어서 용량 유지율의 저하 및 내부 저항 변화율의 증가는 억제되었지만, 내부 저항 변화율은 200% 이상이며 충분히 작아지지 않았다. 이것은, 실시예 14와 비교예 4의 비교 결과로부터, 비수 전해액에 제1 첨가제를 첨가하지 않았기 때문이라고 생각된다. 이어서, 비교예 5에서는, 용량 유지율이 낮아졌다. 이것은, 실시예 3과 비교예 5의 비교 결과로부터, 제1 첨가제의 첨가량이 너무 많았기 때문이라고 생각된다.In Comparative Example 1, the capacity retention was lowered and the internal resistance change rate was larger. This is considered to be because neither the 1st additive nor the 2nd additive was added to the nonaqueous electrolyte from the comparison result of Example 1 and the comparative example 1. Next, in the comparative example 2, although the fall of the capacity | capacitance retention rate and the increase of the internal resistance change rate were suppressed in the comparison with the comparative example 1, the internal resistance change rate was 200% or more and it did not become small enough. This is considered to be because the 1st additive was not added to the nonaqueous electrolyte solution from the comparison result of Example 3 and the comparative example 2. Next, in the comparative example 3, the fall of the capacity | capacitance retention rate and the increase of the internal resistance change rate were suppressed in the comparison with the comparative example 1, but the internal resistance change rate was 200% or more and it did not become small enough. This is considered to be because the 1st additive was not added to the nonaqueous electrolyte solution from the comparison result with Example 11 and the comparative example 3. Next, in the comparative example 4, the fall of the capacity | capacitance retention rate and the increase of the internal resistance change rate were suppressed in the comparison with the comparative example 1, but the internal resistance change rate was 200% or more and did not become small enough. This is considered to be because the 1st additive was not added to the nonaqueous electrolyte solution from the comparison result of Example 14 and the comparative example 4. Next, in Comparative Example 5, the capacity retention rate was lowered. This is considered to be because the addition amount of a 1st additive was too much from the comparison result of Example 3 and the comparative example 5.
이들에 반하여, 실시예 1 내지 실시예 20에서는, 용량 유지율의 저하가 억제됨과 함께, 내부 저항 변화율이 충분히 작아졌다(200% 미만). 이것은, 환상 카르보네이트를 비수 용매로 하고, 0.8mol/L 이상 1.6mol/L 이하의 LiPF6을 전해질로 하는 비수 전해액에 있어서, 비수 전해액에 대한 첨가량이 0.1wt% 이상 10.0wt% 미만의 쇄상 카르보네이트를 포함하고 있기 때문이라고 생각된다.On the other hand, in Examples 1-20, while the fall of capacity retention was suppressed, the internal resistance change rate became small enough (less than 200%). This is a non-aqueous electrolyte containing cyclic carbonate as a non-aqueous solvent and having LiPF 6 of 0.8 mol / L or more and 1.6 mol / L or less as an electrolyte, wherein the amount of addition to the nonaqueous electrolyte is 0.1 wt% or more and less than 10.0 wt%. It is considered that it contains carbonate.
또한, 실시예 18 내지 20과 실시예 1 내지 17을 비교하면, 실시예 1 내지 17에서는, 내부 저항 변화율이 보다 작아졌다. 이것은, 실시예 1 내지 17에서는, 제2 첨가제를 첨가하였기 때문이라고 생각된다. 실시예 1 내지 17과 실시예 18 내지 20의 비교 결과에서 보면, 제1 첨가제 및 제2 첨가제의 종류는 영향을 미치지 않았음을 알 수 있다.In addition, when Examples 18 to 20 and Examples 1 to 17 were compared, the internal resistance change rate was smaller in Examples 1 to 17. This is considered to be because in Example 1-17, the 2nd additive was added. From the comparison results of Examples 1 to 17 and Examples 18 to 20, it can be seen that the kind of the first additive and the second additive did not affect.
또한, 실시예 1 내지 3의 각 결과를 비교하면, 제2 첨가제의 첨가량을 0.5wt% 이상으로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다. 한편, 실시예 11 내지 13의 각 결과를 비교하면, 제2 첨가제의 첨가량을 3.0wt% 이하로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.Moreover, when comparing each result of Examples 1-3, it turns out that it is preferable to make the addition amount of a 2nd additive into 0.5 wt% or more. On the other hand, when comparing each result of Examples 11-13, it turns out that it is preferable to make the addition amount of a 2nd additive into 3.0 wt% or less.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명에 따른 특정한 실시예로 한정되는 것이 아니라, 청구범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 다양한 변형·변경이 가능하다.As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, it is not limited to the specific Example which concerns on this invention, In the range of the summary of this invention described in the Claim, various deformation | transformation and change are possible.
10: 정극
11: 정극 집전체
12: 정극 전극층
20: 부극
21: 부극 집전체
22: 부극 전극층
30: 세퍼레이터
41, 42: 인출 단자
50: 축전 소자
60: 밀봉 고무
70: 용기
100: 리튬이온 캐패시터10: positive electrode
11: positive current collector
12: positive electrode layer
20: negative electrode
21: negative current collector
22: negative electrode layer
30: separator
41, 42: lead-out terminal
50: power storage element
60: sealing rubber
70: container
100: lithium ion capacitor
Claims (7)
상기 전해액에 대한 첨가량이 0.1wt% 이상 10.0wt% 미만의 쇄상 카르보네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스용 전해액.An electrolyte solution containing LiPF 6 of 0.8 mol / L or more and 1.6 mol / L or less as an electrolyte in a solvent of a cyclic carbonate,
The electrolytic solution for electrochemical devices characterized by the above-mentioned addition amount of the linear carbonate of 0.1 wt% or more and less than 10.0 wt%.
상기 전해액에 대한 첨가량이 0.1wt% 이상 5.0wt% 이하의 첨가제로서, 탄산에스테르, 술폰산에스테르, 및 리튬의 옥살레이토 착체염 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스용 전해액.The method of claim 1,
The electrolyte solution for electrochemical devices, which further contains at least any one of carbonate ester, sulfonic acid ester, and oxalato complex salt of lithium as an additive of 0.1 wt% or more and 5.0 wt% or less with respect to the said electrolyte solution.
상기 탄산에스테르는, 비닐렌카르보네이트 및 플루오로에틸렌카르보네이트 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스용 전해액.The method of claim 2,
The said carbonate ester is at least any one of vinylene carbonate and fluoroethylene carbonate, The electrolytic solution for electrochemical devices characterized by the above-mentioned.
상기 술폰산에스테르는, 비스(에탄 술폰산)메틸렌인 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스용 전해액.The method of claim 2,
The said sulfonic acid ester is bis (ethane sulfonic acid) methylene, The electrolytic solution for electrochemical devices characterized by the above-mentioned.
상기 옥살레이토 착체염은, 비스(옥살레이토)붕산리튬, 디플루오로비스(옥살레이토)인산리튬, 및 테트라플루오로옥살레이토인산리튬 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스용 전해액.The method of claim 2,
The oxalato complex salt is at least one of lithium bis (oxalato) borate, difluorobis (oxalato) lithium phosphate, and lithium tetrafluorooxalate phosphate, the electrolytic solution for an electrochemical device.
상기 쇄상 카르보네이트는, 디메틸카르보네이트, 에틸메틸카르보네이트, 및 디에틸카르보네이트 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스용 전해액.The method according to any one of claims 1 to 5,
The chain carbonate is at least one of dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate, wherein the electrolytic solution for an electrochemical device.
상기 정극의 활물질 및 상기 부극의 활물질, 또는 상기 세퍼레이터에, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 전기 화학 디바이스용 전해액이 함침되어 있는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.The positive electrode and the negative electrode are provided with the electrical storage element laminated | stacked through the separator,
The electrochemical device for electrochemical devices as described in any one of Claims 1-5 is impregnated in the active material of the said positive electrode, the active material of the said negative electrode, or the said separator.
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